способ разработки мощных крутопадающих пластов и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ разработки мощных крутопадающих пластов, включающий формирование несущей конструкции в виде щита, шириной, равной мощности пласта, послойную разработку запасов в пределах блока в нисходящем порядке с обрушением вмещающих пород и проходкой доставочной траншеи в средней части вынимаемого слоя, формирование опорных целиков полезного ископаемого на контакте с вмещающими породами, опирание краевых частей щита на целики и разрушение последних после отработки запасов слоя, отличающийся тем, что, с целью сокращения затрат на выемку полезного ископаемого, траншею проводят с наклоном по простиранию пласта, выемку запасов по простиранию пласта ведут в пределах блока уступами, при этом верхнюю грань опорных целиков формируют с наклоном в сторону траншеи под углом, превышающим угол естественного откоса горной массы заостренными снизу стойками, которыми снабжают щиты, причем указанные стойки устанавливают снизу щита с увеличением их длины от краев щита к его середине.

2. Устройство для разработки мощных крутопадающих пластов, содержащее щит, транспортные средства с направляющими, отличающееся тем, что, с целью сокращения затрат на выемку полезного ископаемого, щит состоит из секций, снабженных с нижней стороны стойками, для их фиксации по площади контакта с опорными целиками, которые имеют снизу заостренные элементы, причем длина стоек увеличивается от краев щита к его средней части, смежные секции щита соединены между собой подвижно посредством ограждения, выполненного в виде ряда вертикальных профилированных стержней, каждый из которых соединен с торцами смежных секций с возможностью их вертикального перемещения относительно нижней секции.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что направляющие для передвижения транспортных средств в доставочной траншее закрепляют жестко на стойках, расположенных в средней части щита.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что каждая секция щита выполнена из двух частей в виде крыльев, установленных под углом друг к другу, соединенных с помощью цилиндрического шарнира с горизонтально расположенной осью, каждый из стержней ограждения соединен с торцами смежных секций с возможностью поворота в плоскости этих торцов, а стойки секций щита снабжены средствами для изменения их угла наклона к плоскости крыла секции.

5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что крылья установлены с возможностью изменения угла между ними для вписывания секций по мощности пласта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке мощных пластовых месторождений крутого падения, преимущественно, с углом падения не менее 75о.

Известен способ разработки мощных пластов крутого падения (Дробот Б. П. Послойная разработка рудных месторождений под искусственной кровлей. М. : Недра, 1978, с. 70-73) включающий формирование несущей поверхности перекрытия в виде щита. Этот способ небезопасен и требует больших затрат на разрушение полезного ископаемого.

Известен способ разработки мощных крупнопадающих пластов, (Федоров В. Р. и др. Разработка мощного крутого пласта подэтажами с применением комплексов КНК. Уголь, 1969, N 9, с. 27-33) в котором при добыче угля применяют щитовую кровлю. Этот способ также требует много затрат на разрушение добываемого угля.

Прототипом предложенного технического решения является решение, описанное в авт. св. СССР N N 1035218, кл. Е 21 С 41/04, 1983, где описаны способ и устройство. Способ заключается в послойной разработке запасов полезного ископаемого в пределах блока. Устройство представляет собой щит. Использование прототипа позволяет осуществлять профилактические осмотры всей поверхности щита, что является важным преимуществом.

Однако применение известных способа и устройства сопряжено со значительными затратами на разрушение, т. к. необходим большой объем взрывных работ.

Целью изобретения является сокращение затрат на разрушение полезного ископаемого.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе разработки мощных крутопадающих пластов, заключающемся в формировании щитовой несущей конструкции по ширине, равной ширине мощности пласта, послойной разработке запасов полезного ископаемого в пределах блока в нисходящем порядке с обрушением вмещающих пород и проходкой доставочной траншеи в средней части вынимаемого слоя, формировании ленточных целиков полезного ископаемого и разрушении последних после отработки запасов основного слоя, траншею проводят с наклоном по простиранию пласта, а выемку запасов по простиранию пласта ведут в пределах блока уступами. Щит выполняют в виде секций, соединенных друг с другом вертикальным ограждением подвижно. Верхнюю грань опорных целиков формируют с наклоном в сторону траншеи под углом, превышающим угол естественного откоса горной массы. Для этого нижнюю часть щита дополнительно снабжают заостренными снизу стойками, длина которых увеличивается от края щита к его средней части, при этом каждую из секций щита выполняют в виде двух плоских жестких участков (крыльев), соединенных попарно с помощью цилиндрического шарнира, ось которого располагают горизонтально по простиранию пласта.

Поставленная цель достигается также тем, что в устройстве для осуществления предлагаемого способа крылья смежных секций между собой соединены подвижно посредством ограждения, выполненного в виде вертикальных профилированных стержней, каждый из которых соединен с торцами смежных секций с возможностью поворота в плоскости этих торцов и имеет возможность вертикального перемещения относительно секции, расположенной на нижнем уступе.

Сравнение предлагаемого изобретения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна".

На фиг. 1 представлен разрез траншеи по простиранию пласта; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (отработка пласта, по мощности равного ширине секции щита, вкрест простирания); на фиг. 3 - то же, отработка пласта, по мощности меньшего, чем ширина секции щита; на фиг. 4 - схема соединения стержня ограждения с торцом секции щита нижнего уступа; на фиг. 5 - вид Б на фиг. 1 (вариант соединения стержня ограждения с торцом секции верхнего уступа); на фиг. 6 - сечение В-В на фиг. 1 (узел крепления стойки к секции щита).

Предлагаемое устройство содержит щит, разделенный на секции 1. Каждая из секций, составляющих щит, с нижней стороны снабжена стойками 2, каждая из которых имеет снизу заостренный элемент 3. Длина стоек 2 увеличивается от краев щита к его средней части. В средней части щита между стойками 2 предусмотрено пространство для перемещения транспортных средств по направляющим 4, которые могут быть жестко закреплены на стойках 2. Стойки 2 могут иметь дополнительные связи, например, в виде жестких съемных перекладин 5.

Секции щита расположены в пределах блока уступами и соединены друг с другом подвижно посредством ограждения, которое состоит из ряда расположенных вертикально профилированных стержней 6. Каждый из стержней 6 ограждения соединен с торцами смежных секций так, что имеет возможность смещения в вертикальном направлении относительно секции, расположенной на нижнем уступе. Кроме того, каждая из секций 1 может быть выполнена из двух частей в виде крыльев 7, представляющих жесткие плоской формы металлоконструкции, соединенные с помощью цилиндрического шарнира с горизонтально расположенной осью 8. Каждый из стержней 6 ограждения имеет дополнительно возможность поворота в плоскости торцов смежных соединяемых секций щита. Поворот стрежня 6 относительно секции 1 щита, расположенной на верхнем уступе, может осуществляться, например, за счет его шарнирной установки, т. е. благодаря возможности вращения стержня 6 вокруг оси 9 цилиндрического шарнира, расположенного на торце секции (см. фиг. 5). Поворот стрежня 6 относительно секции 1 нижнего уступа может быть осуществлен, например, благодаря присоединению стержня к торцу этой секции посредством скобы 10 (см. фиг. 4). При этом между стержнем 6 и внутренней поверхностью скобы 10 предусматривается зазор, обеспечивающий возможность поворота стержня относительно секции нижнего уступа.

В случае выполнения секции щита в виде двух крыльев 7 с возможностью их относительного поворота вокруг оси 8 цилиндрического шарнира все стойки 2 снабжаются средствами, обеспечивающими возможность изменения угла наклона к крыльям в плоскости, перпендикулярной оси 8 цилиндрического шарнира. В качестве такого средства может быть использовано крепление стойки к секции с помощью сменных кронштейнов 11 с гнездами (фиг. 6). Наклон оси гнезда к основанию кронштейна 11 должен, компенсируя наклон крыла к горизонтальной плоскости, обеспечить вертикальное положение стойки.

Предлагаемый способ разработки мощных крутопадающих пластов осуществляют следующим образом.

Вначале проходят наклонно траншею по оси щита и одновременно монтируют над ней очередную секцию щита, укладывая ее на боковые целики 12. Затем по простиранию блока секции щита смещают по высоте относительно друг друга на высоту уступа (подэтажа), при этом угол наклона траншеи выбирают так, чтобы обеспечить безопасность сообщения между отдельными уступами и возможность транспортировки по этой траншее отбитой горной массы и материалов.

Благодаря наличию заостренных элементов 3, расположенных на нижних концах стоек 2, краевые части секций 1 опираются на целики 12 на участках верхних граней целиков. В местах, контакта заостренных элементов стоек с породой целиков под действием силы тяжести как самого щита, так и обрушенных пород 13 возникает разрушение полезного ископаемого, в результате чего стойки и вместе с ними и секции щита постепенно опускаются. Таким образом, вертикальное перемещение щита происходит за счет внедрения стоек 2, снабженных заостренными элементами 3, в массив целиков 12. Углубку траншеи при этом осуществляют обычными методами с использованием буровзрывных работ и механических способов разрушения.

Постепенному опусканию щита способствует то, что секции в нем соединяются подвижно. Такое соединение осуществляют посредством ограждения, выполненного в виде ряда расположенных вертикально профилированных стержней 6, каждый из которых имеет возможность вертикального перемещения относительно секции, расположенной по отношению к нему на нижнем уровне (на нижнем по отношению к нему уступе). Такое соединение обеспечивает некоторую независимость перемещения в вертикальном направлении каждой секции щита.

В верхней части блока может быть установлена лебедка для перемещения по траншее транспортных средств. Доставка отбитой горной массы 14 осуществляется на нижний откатной штрек. Верхний штрек, где установлена лебедка, используется в качестве вентиляционного.

Крепление направляющих для транспортных средств, которые обслуживают траншею, к стойкам 2 секций 1 щита позволяет дополнительно повысить скорость отработки запасов за счет динамического воздействия, возникающего при перемещении транспортных средств как груженых, так и порожних. Указанные воздействия в виде повторяющихся силовых импульсов передаются от направляющих на стойки и через них к заостренным элементам, где они дополнительно способствуют разрушению породы. Кроме того, секции щита могут быть выполнены в виде двух крыльев, соединенных шарнирно, причем ось шарнира располагается горизонтально по простиранию пласта. В этом случае применяют ограждение, в котором каждый из стержней 6 дополнительно имеет возможность поворота относительно обеих смежных (соединяемых посредством этого стержня) торцов секции 1. Такое выполнение позволяет в случае уменьшения мощности рабочего пласта уменьшать ширину щита в плане за счет поворота на соответствующий угол крыльев каждой из секций 1, составляющих щит, относительно оси 8 шарнира. При этом должны быть ориентированы в вертикальном направлении как стойки 21, так и стержни 6 ограждения.

Поворот стоек 2 осуществляют, используя средства изменения угла их наклона к плоскости крыльев, например, это можно осуществлять путем замены кронштейнов 11 на другие, имеющие нужный угол /2 наклона оси гнезда к основанию кронштейна (см. фиг. 6), а поворот стержней 6 ограждения осуществляют за счет соединения этих стержней с секциями 1 с возможностью поворота относительно секций как верхнего, так и нижнего по отношению к данному стержня уступов (см. соответственно варианты соединения стержней 6 с секциями 1 на фиг. 5 и 4). Поворот стержня 6 в скобе 10 возможен за счет зазора S.

При работе по варианту технологии (фиг. 3) по сравнению с технологией, показанной на фиг. 2, сокращается расстояние между стойками в поперечном сечении траншеи. Это приводит к увеличению числа заостренных элементов 3 на единицу площади горизонтального сечения разрабатываемого слоя, что дополнительно способствует разрушению полезного ископаемого.